(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＥＬＰ符号化されたオーディオ信号を表わすパラメータによって定義された低帯域励起信号（ｅＬＢ）の高帯域拡張を生成する方法であって、
低帯域固定符号帳ベクトル（ｕＦＣＢ）および低帯域適応符号帳ベクトル（ｕＡＣＢ）を所定のサンプリング周波数（ｆＳ）にアップサンプルするステップ（Ｓ１１）と、
前記オーディオ信号の基本周波数（Ｆ０）を表わす推定された指標から変調周波数（Ω）を決定するステップ（Ｓ１２）と、
周波数偏移された適応符号帳ベクトルを形成するために、前記アップサンプルされた低帯域適応符号帳ベクトル（ｕＡＣＢ↑）を前記決定された変調周波数を用いて変調するステップ（Ｓ１３）と、
圧縮率（λ）を推定するステップ（Ｓ１４）と、
前記推定された圧縮率に基づいて、前記周波数偏移された適応符号帳ベクトルおよび前記アップサンプルされた固定符号帳ベクトル（ｕＦＣＢ↑）を減衰するステップ（Ｓ１５）と、
前記減衰済みの周波数偏移された適応符号帳ベクトルと前記減衰済みのアップサンプルされた固定符号帳ベクトルとの高域通過濾波された合計（ｅＨＢ）を形成するステップ（Ｓ１６）と
を含む方法。
【請求項２】
前記変調周波数Ωが、
0005619176.tif 000024
によって決定され、式中、
Ｆ０は、前記基本周波数を表わす前記推定された指標であり、
ｆＳは、前記サンプリング周波数であり、
ｎは、
0005619176.tif 000025
と定義され、ここで、
ｆｌｏｏｒは、引数をこの引数を超えない最大の整数に切り捨て、
ｃｅｉｌは、引数をこの引数以上の最小の整数に切り上げ、
ＷＬＢは、前記低帯域励起信号（ｅＬＢ）の帯域幅であり、
ＷＨＢは、前記高帯域励起の帯域幅である、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アップサンプルされた低帯域励起信号（ｅＬＢ↑）が、
Ａ・ｃｏｓ（ｌ・Ω）
によって変調され、式中、
Ａは、所定の定数であり、
ｌは、サンプル指数であり、
Ωは、前記変調周波数である、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記圧縮率（λ）が、
前記低帯域励起信号（ｅＬＢ）内の音色成分の量の指標（Ｋ）を推定することと、
ルックアップテーブルから対応する圧縮率（λ）を選択することと
によって推定される、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記低帯域励起信号ｅＬＢ内の音色成分の量の前記指標（Ｋ）が、
0005619176.tif 000026
によって与えられ、式中、
ＧＡＣＢは、適応符号帳利得であり、
ｕＡＣＢは、前記低帯域適応符号帳ベクトルであり、
ＧＦＣＢは、固定符号帳利得であり、
ｕＦＣＢは、前記低帯域固定符号帳ベクトルである、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記形成するステップ（Ｓ１６）が、
前記減衰済みの周波数偏移された適応符号帳ベクトルおよび前記減衰済みのアップサンプルされた符号帳ベクトルを高域通過濾波するステップと、
前記高域通過濾波されたベクトルを加算するステップと
を含む、請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記減衰するステップ（Ｓ１５）が、
前記周波数偏移された適応符号帳ベクトルに、
0005619176.tif 000027
によって定義された適応符号帳利得を乗じるステップと、
前記アップサンプルされた固定符号帳ベクトルに、
0005619176.tif 000028
によって定義された固定符号表利得を乗じるステップと
を含み、ここで、λは前記推定された圧縮率である、請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記低帯域励起信号が、ＡＣＥＬＰ符号化されたオーディオ信号を表わすパラメータによって定義される、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記低帯域励起信号ｅＬＢ内の音色成分の量の前記指標（Ｋ）が、
0005619176.tif 000029
によって与えられ、式中、Ｌは音声フレーム長である、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
ＣＥＬＰ符号化されたオーディオ信号を表わすパラメータによって定義された低帯域励起信号（ｅＬＢ）の高帯域拡張を生成する装置であって、
低帯域固定符号帳ベクトル（ｕＦＣＢ）および低帯域適応符号帳ベクトル（ｕＡＣＢ）を所定のサンプリング周波数（ｆＳ）にアップサンプルするアップサンプラ（２０）と、
前記オーディオ信号の基本周波数（Ｆ０）を表わす推定された指標から変調周波数（Ω）を決定する周波数偏移推定器（２２）と、
周波数偏移された適応符号帳ベクトルを形成するために、前記アップサンプルされた低帯域適応符号帳ベクトル（ｕＡＣＢ↑）を前記決定された変調周波数を用いて変調する変調器（２４）と、
圧縮率（λ）を推定する圧縮率推定器（２８）と、
前記推定された圧縮率に基づいて、前記周波数偏移された適応符号帳ベクトルおよび前記アップサンプルされた固定符号帳ベクトル（ｕＦＣＢ↑）を減衰する圧縮器（３４）と、
前記減衰済みの周波数偏移された適応符号帳ベクトルと前記減衰済みのアップサンプルされた固定符号帳ベクトルとの高域通過濾波された合計（ｅＨＢ）を形成する結合器（４０）と
を含む装置。
【請求項１１】
前記周波数偏移推定器（２２）が、
0005619176.tif 000030
によって前記変調周波数Ωを決定するように構成されており、式中、
Ｆ０は、前記基本周波数を表わす前記推定された指標であり、
ｆＳは、前記サンプリング周波数であり、
ｎは、
0005619176.tif 000031
と定義され、ここで、
ｆｌｏｏｒは、引数をこの引数を超えない最大の整数に切り捨て、
ｃｅｉｌは、引数をこの引数以上の最小の整数に切り上げ、
ＷＬＢは、前記低帯域励起信号（ｅＬＢ）の帯域幅であり、
ＷＨＢは、前記高帯域励起の帯域幅である、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記変調器（２４）が、
Ａ・ｃｏｓ（ｌ・Ω）
によって前記アップサンプルされた低帯域励起信号（ｅＬＢ↑）を変調するように構成されており、式中、
Ａは、所定の定数であり、
ｌは、サンプル指数であり、
Ωは、前記変調周波数である、
請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記圧縮率推定器（２８）が、
前記低帯域励起信号（ｅＬＢ）内の音色成分の量の指標（Ｋ）を推定することと、
ルックアップテーブルから対応する圧縮率（λ）を選択することと
によって前記圧縮率（λ）を推定する、請求項１０から１２のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記圧縮率推定器（２８）が、
0005619176.tif 000032
によって前記低帯域励起信号ｅＬＢ内の音色成分の量の前記指標（Ｋ）を推定するように構成されており、式中、
ＧＡＣＢは、適応符号帳利得であり、
ｕＡＣＢは、前記低帯域適応符号帳ベクトルであり、
ＧＦＣＢは、固定符号帳利得であり、
ｕＦＣＢは、前記低帯域固定符号帳ベクトルである、
請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記結合器（４０）が、
前記減衰済みの周波数偏移された適応符号帳ベクトルおよび前記減衰済みのアップサンプルされた符号帳ベクトルを高域通過濾波する高域通過フィルタ（４２、４４）と、
前記高域通過濾波されたベクトルを加算する加算ユニット（４６）と
を含む、請求項１０から１４のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記圧縮器（３４）が、
前記周波数偏移された適応符号帳ベクトルに、
0005619176.tif 000033
によって定義された適応符号帳利得を乗じ、
前記アップサンプルされた固定符号帳ベクトルに、
0005619176.tif 000034
によって定義された固定符号表利得を乗じるように構成されており、ここで、λは前記推定された圧縮率である、
請求項１０から１５のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記低帯域励起信号が、ＡＣＥＬＰ符号化されたオーディオ信号を表わすパラメータによって定義される、請求項１０から１６のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記圧縮率推定器（２８）が、
0005619176.tif 000035
によって前記低帯域励起信号ｅＬＢ内の音色成分の量の前記指標（Ｋ）を推定するように構成されており、式中、Ｌは音声フレーム長である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
請求項１０から１８のうちのいずれか一項に記載の装置を含む励起信号帯域幅拡張器（１８）。
【請求項２０】
請求項１９に記載の励起信号帯域幅拡張器を含む音声復号器（５２）。
【請求項２１】
請求項２０に記載の音声復号器を含むネットワークノード。
【請求項２２】
無線端末である、請求項２１に記載のネットワークノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くはオーディオまたは音声復号化に、詳しくは復号化プロセスで使用される励起信号の帯域幅拡張（ＢＷＥ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
多様なタイプのコーデックでは、入力波形は、独立して符号化され伝送されるスペクトルエンベロープと励起信号（残留分とも称される）とに分割される。復号器で、波形が受信されたエンベロープおよび励起情報から合成される。
【０００３】
スペクトルエンベロープをパラメータ化する効率的な方法は、線形予測（ＬＰ）係数ａ（ｊ）を用いる。スペクトルエンベロープと励起信号ｅ（ｋ）とへの分離のプロセスは、２つの主要なステップ：１）ＬＰ係数を推定することと、２）励起信号ｅ（ｋ）を生成するために全零フィルタ
0005619176.tif 000002
を通して波形ｘ（ｋ）を濾波することと、により構成され、ここで、モデル次数Ｊは、典型的に、８ｋＨｚでサンプルされた入力信号に対して１０に設定され、１６ｋＨｚでサンプルされた入力信号に対し１６に設定される。このプロセスは、図１に示される。
【０００４】
伝送負荷を最低限に抑えるために、オーディオ信号は、屡々、低域通過濾波され、低帯域（ＬＢ）だけが符号化され伝送される。受信機端で、高帯域（ＨＢ）は、利用可能なＬＢ信号特性から復元されることがある。ある一定のＬＢ信号特性からのＨＢ信号特性の再構成のプロセスがＢＷＥスキームによって実行される。
【０００５】
簡単な再構成方法は、励起信号のＬＢ部分のスペクトルがＬＢの周波数上限の周りで折り返される（ミラーリングされる）スペクトル折り返しに基づいている。このような簡単なスペクトル折り返しに関する問題は、離散的な周波数成分がオーディオ信号の基本周波数の整数倍に配置されない点である。これは、利用可能なＬＢ励起から励起信号ｅ（ｋ）のＨＢ部分を再構成するときに「金属的な」音および知覚的な劣化という結果になる。
【０００６】
この問題を回避する１つの方法は、白色雑音系列としてＨＢ励起を再構成することによる参考文献［１、２］。しかし、白色雑音を含む実際の残留分（ＨＢ励起）は、音声信号のある一定の部分では、周期性がＨＢにおいて持続するので、知覚的な劣化をもたらす。
【０００７】
参考文献［３］は、励起信号のＨＢ拡張を生成する複雑な音声生成モデルに基づく再構成方法について記載する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、低帯域励起信号の高帯域拡張の改良された生成である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、添付された請求項により達成される。
【００１０】
第１の態様によれば、本発明は、ＣＥＬＰ符号化されたオーディオ信号を表わすパラメータによって定義された低帯域励起信号の高帯域拡張を生成する方法に関連する。この方法は、以下のステップを含む。低帯域固定符号帳ベクトルおよび低帯域適応符号帳ベクトルが所定のサンプリング周波数にアップサンプルされる。変調周波数がオーディオ信号の基本周波数を表わす推定された指標から決定される。アップサンプルされた低帯域適応符号帳ベクトルは、周波数偏移された適応符号帳ベクトルを形成するために、決定された変調周波数を用いて変調される。圧縮率が推定される。周波数偏移された適応符号帳ベクトルおよびアップサンプルされた固定符号帳ベクトルは、推定された圧縮率に基づいて減衰される。その後、減衰済みの周波数偏移された適応符号帳ベクトルと減衰済みのアップサンプルされた固定符号帳ベクトルとの高域通過濾波された合計が形成される。
【００１１】
第２の態様によれば、本発明は、ソースフィルタモデルに基づくオーディオ信号の符号化によって取得された低帯域励起信号の高帯域拡張を生成する方法に関連する。この方法は、以下のステップを含む。低帯域励起信号が所定のサンプリング周波数にアップサンプルされる。変調周波数がオーディオ信号の基本周波数を表わす推定された指標から決定される。アップサンプルされた低帯域励起信号は、周波数偏移された励起信号を形成するために、決定された変調周波数を用いて変調される。周波数偏移された励起信号が高域通過濾波される。圧縮率が推定される。高域通過濾波済みの周波数偏移された励起信号が推定された圧縮率に基づいて減衰される。
【００１２】
第３の態様によれば、本発明は、ＣＥＬＰ符号化されたオーディオ信号を表わすパラメータによって定義された低帯域励起信号の高帯域拡張を生成する装置に関連する。アップサンプラは、低帯域固定符号帳ベクトルおよび低帯域適応符号帳ベクトルを所定のサンプリング周波数にアップサンプルする。周波数偏移推定器は、オーディオ信号の基本周波数を表わす推定された指標から変調周波数を決定する。変調器は、周波数偏移された適応符号帳ベクトルを形成するために、決定された変調周波数を用いてアップサンプルされた低帯域適応符号帳ベクトルを変調する。圧縮率推定器は、圧縮率を推定する。圧縮器は、推定された圧縮率に基づいて周波数偏移された適応符号帳ベクトルおよびアップサンプルされた固定符号帳ベクトルを減衰する。結合器は、減衰済みの周波数偏移された適応符号帳ベクトルと減衰済みのアップサンプルされた固定符号帳ベクトルとの高域通過濾波された合計を形成する。
【００１３】
第４の態様によれば、本発明は、ソースフィルタモデルに基づくオーディオ信号の符号化によって取得された低帯域励起信号の高帯域拡張を生成する装置に関連する。アップサンプラは、低帯域励起信号を所定のサンプリング周波数にアップサンプルする。周波数偏移推定器は、オーディオ信号の基本周波数を表わす推定された指標から変調周波数を決定する。変調器は、周波数偏移された励起信号を形成するために、決定された変調周波数を用いて、アップサンプルされた低帯域励起信号を変調する。高域通過フィルタは、周波数偏移された励起信号を高域通過濾波する。圧縮率推定器は、圧縮率を推定する。圧縮器は、推定された圧縮率に基づいて高域通過濾波済みの周波数偏移された励起信号を減衰する。
【００１４】
第５の態様によれば、本発明は、第３または第４の態様による装置を含む励起信号帯域幅拡張器に関連する。
【００１５】
第６の態様によれば、本発明は、第５の態様による励起信号帯域幅拡張器を含む音声復号器に関連する。
【００１６】
第７の態様によれば、本発明は、第６の態様による音声復号器を含むネットワークノードに関連する。
【００１７】
本発明の利点は、結果が改善された主観的品質である点である。品質改善は、音色成分の適切な偏移と、励起の音色部分とランダム部分との間の適切な比率とに起因する。
【００１８】
本発明の別の利点は、複雑な音声生成モデルに基づいていないことに起因して、参考文献［３］と比較して増加した計算効率である。その代わり、ＨＢ拡張がＬＢ励起の特徴から直接的に導出される。
【００１９】
発明は、添付図面と併せて以下の説明を参照することにより、発明のさらなる目的および利点と共に、最もよく理解されることがある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、ソースフィルタモデルに基づくオーディオ信号符号化の一般原理を示す略ブロック図である。
【図２】図２は、ソースフィルタモデルに基づくオーディオ信号復号化の一般原理を示す略ブロック図である。
【図３】図３は、符号化されるオーディオ信号の低域通過濾波と一体となった符号化を示す略ブロック図である。
【図４】図４は、本発明による励起信号帯域幅拡張器を含む本発明による音声復号器の例示的実施形態を示す略ブロック図である。
【図５Ａ】図５Ａは、オーディオ信号の帯域幅拡張を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、オーディオ信号の帯域幅拡張を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、オーディオ信号の帯域幅拡張を示す図である。
【図６】図６は、本発明による方法の例示的実施形態を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明による装置の例示的実施形態を含む励起信号帯域幅拡張器を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明による方法の別の例示的実施形態を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明による装置の別の例示的実施形態を示す励起信号帯域幅拡張器を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明による音声復号器を含むネットワークノードの例示的実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明による音声復号器の例示的実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
同じ機能または類似した機能を有する要素は、図面中で同じ符号が与えられることになる。
【００２２】
発明の様々な例示的実施形態を詳しく説明する前に、この説明を容易にするいくつかの概念を図１から５を参照して簡単に説明する。
【００２３】
図１は、ソースフィルタモデルに基づくオーディオ信号符号化の一般原理を示す略ブロック図である。励起信号ｅ（ｋ）は、フィルタ係数ａ（ｊ）によって定義された伝達関数Ａ（ｚ）を有する全零フィルタ１０を通して波形ｘ（ｋ）を濾波することにより計算される。フィルタ係数ａ（ｊ）は、ブロック１２における線形予測（ＬＰ）分析によって決定される。このタイプの符号化では、入力波形または信号ｘ（ｋ）は、復号器へ送信される励起信号ｅ（ｋ）およびフィルタ係数ａ（ｊ）によって表現される。
【００２４】
図２は、ソースフィルタモデルに基づくオーディオ信号復号化の一般原理を示す略ブロック図である。復号器は、符号器から励起信号ｅ（ｋ）およびフィルタ係数ａ（ｊ）を受信し、原波形ｘ（ｋ）の近似
0005619176.tif 000003
を再構成する。これは、受信された励起信号ｅ（ｋ）を受信されたフィルタ係数ａ（ｊ）によって定義された伝達関数１／Ａ（ｚ）を有する全極フィルタ１４を通して濾波することによって行われる。
【００２５】
図３は、符号化されるオーディオ信号の低域通過濾波と一体となった符号化を示す略ブロック図である。前述の通り、伝送負荷を最低限に抑えるために、オーディオ信号は、屡々、低域通過濾波され、低帯域だけが符号化され、伝送される。これは、符号化される広帯域信号ｘ（ｋ）と全零フィルタ１０との間に挿入された低域通過フィルタ１６によって示される。入力信号ｘ（ｋ）は、符号化前に低域通過濾波されているので、結果として生じる励起信号ｅＬＢ（ｋ）は、復号器でｘ（ｋ）を再構成するために必要とされる完全な励起信号の低帯域寄与分だけを含むことになる。同様に、フィルタ１０は、今度は、低帯域フィルタ係数ａＬＢ（ｊ）によって定義された低帯域伝達関数ＡＬＢ（ｚ）を有することになる。さらに、符号器は、入力信号の基本周波数Ｆ０を表わす指標（典型的に、「ピッチラグ」または「ピッチ周期」または単にｘ（ｋ）の「ピッチ」と称される）を推定する長期予測器１７を含むことがある。これは、図３に示されるように低域通過濾波された入力信号、または、原入力信号ｘ（ｋ）のいずれに行われることがある。別の代替案は、励起信号ｅＬＢ（ｋ）から基本周波数Ｆ０を表わす指標を推定することである。パラメータｅＬＢ（ｋ）、ａＬＢ（ｊ）およびＦ０を表わす情報は、復号器へ送信される。基本周波数Ｆ０を表わす指標が励起信号ｅＬＢ（ｋ）から推定されるべき場合、復号側で推定を実行することも実際に可能であり、この場合、基本周波数Ｆ０を表わす情報を送信する必要がない。
【００２６】
図４は、本発明による励起信号帯域幅拡張器を含む本発明による音声復号器の例示的実施形態を示す略ブロック図である。この音声復号器は、図３を参照して検討された原理により符号化された信号を復号化するために使用されることがある。復号器は、符号器から励起信号ｅＬＢ（ｋ）およびフィルタ係数ａＬＢ（ｊ）と（符号器によって送信された場合に、そうでなければ、復号化側で推定される）基本周波数Ｆ０を表わす指標とを受信し、原（広帯域）波形ｘ（ｋ）の近似
0005619176.tif 000004
を再構成する。これは、励起信号ｅＬＢ（ｋ）および基本周波数指標Ｆ０を（以下で詳しく説明される）本発明による励起信号帯域幅拡張器１８に転送することにより行われる。励起信号帯域幅拡張器１８は、（広帯域）励起信号ｅ（ｋ）を生成し、（広帯域）近似
0005619176.tif 000005
を再構成するために全極フィルタ１４を通してこの（広帯域）励起信号を濾波する。しかし、これは、フィルタ１４が対応するフィルタ係数ａＷＢ（ｊ）によって定義された広帯域伝達関数１／ＡＷＢ（ｚ）を有することを必要とする。この理由のため、復号器は、受信されたフィルタ係数ａＬＢ（ｊ）をａＷＢ（ｊ）に変換するフィルタパラメータ帯域幅拡張器１９を含む。このタイプの変換は、たとえば、参考文献［３］に記載され、ここでさらに説明されることはない。その代わり、フィルタ伝達関数１／ＡＷＢ（ｚ）が復号器に知られていることが仮定されることになる。このようにして、以下の説明は、帯域幅拡張された励起信号ｅ（ｋ）を生成する原理に重点を置くことになる。
【００２７】
図５Ａから５Ｃは、オーディオ信号の帯域幅励起を示す図である。図５Ａは、オーディオ信号の電力スペクトルを概略的に示す。スペクトルは、２つの部分、すなわち、帯域幅ＷＬＢを有している低帯域部分（実線）と、帯域幅ＷＨＢを有している高帯域部分（破線）とにより構成される。復号器のタスクは、低帯域寄与分の特性だけが利用できるときに高帯域拡張を生成することである。
【００２８】
図５Ａにおける電力スペクトルは、白色雑音だけを表わすことになる。より実際的な電力スペクトルは、図５Ｂから５Ｃに示される。ここで、スペクトルは、音色成分（スパイク）とランダム成分（矩形）との種々の混合を有している。高周波数で倍音構造を再生する方法は、ＨＢ残留分がＬＢ残留分と同様の強い音色成分を示さないという事実を取り扱うことが必要である。適切に減衰されない場合、ＨＢ残留分は、煩わしい知覚アーティファクトを導入することになる。本発明は、基本周波数Ｆ０の倍音を表わす破線スパイクが拡張された電力スペクトル内に正確な位置を有し、かつ、拡張された電力スペクトルの音声部分とランダム部分との間の比率が正確であるような方法で励起信号ｅ（ｋ）の高帯域励起の生成に関心がある。これを達成することができる方法が今度は図６から図１１を参照して説明される。
【００２９】
図６は、本発明による方法の例示的実施形態を示すフローチャートである。ステップＳ１は、所望の出力サンプリング周波数ｆＳに一致させるために低帯域励起信号ｅＬＢをアップサンプルする。入力（受信）および出力サンプリング周波数ｆＳの典型的な実施例は、４ｋＨｚから８ｋＨｚ、または、１２．８ｋＨｚから１６ｋＨｚである。ステップＳ２は、オーディオ信号の基本周波数Ｆ０を表わす推定された指標から変調周波数Ωを決定する。好ましい実施形態では、これは、
0005619176.tif 000006
により行われ、式中、ｎは、
0005619176.tif 000007
として定義され、ここで、
ｆｌｏｏｒは、引数をこの引数を超えない最大の整数に切り捨て、
ｃｅｉｌは、引数をこの引数以上の最小の整数に切り上げ、
ＷＬＢは、低帯域励起信号ｅＬＢの帯域幅であり、
ＷＨＢは、高帯域拡張ｅＨＢの帯域幅である。
【００３０】
変調周波数Ωを計算するために多様な代替的な方法が存在する。多数の式の一覧を挙げるのではなく、式（３）の種々の部分の目的が説明されることになる。数量ｎは、高帯域ＷＨＢに収まる基本周波数Ｆ０の倍数の個数を与えることが意図される。これらは、ＷＬＢ−ＷＨＢからＷＬＢまで広がる帯域から偏移されることになる。ＷＬＢより狭いこの帯域は、ＷＳと称されることになる。このようにして、帯域ＷＳに収まる倍音の個数（図５Ａから５Ｃにおけるスパイク）を見つけることが必要である。式（３）の第１の部分は、０からＷＬＢまでの低帯域全体に収まる倍音の個数を見つけることになる。式（３）の第２の部分は、０からＷＬＢ−ＷＨＢまでの帯域に収まる倍音の個数を見つけることになる。帯域ＷＳに収まる倍音の個数は、これらの部分の間の差に基づいている。しかし、ＷＳ以下である周波数を有する倍数の最大個数を見つけることを望むので、端数を切り捨てることが必要であり、したがって、第１の部分に「ｆｌｏｏｒ」関数を使用し、第２の部分に「ｃｅｉｌ」関数を使用する（減算されているので）。
【００３１】
推定された変調周波数Ωは、ＷＨＢを埋めるために基本周波数Ｆ０の倍数の適切な個数を与える。
【００３２】
代替案として、基本周波数Ｆ０の逆数により形成され、基本周波数の周期を表わすピッチラグが式の対応する簡単な適応によって（２）および（３）の中で使用されることもある。両方のパラメータは、基本周波数を表わす指標としてみなされる。
【００３３】
ステップＳ３では、アップサンプルされた低帯域励起信号ｅＬＢ↑は、周波数偏移された励起信号を形成するために、決定された変調周波数Ωを用いて変調される。好ましい実施形態では、これは、
Ａ・ｃｏｓ（ｌ・Ω）  （４）
によって行われ、式中、
Ａは、所定の定数であり、
ｌは、サンプル指数である。
【００３４】
この時間ドメイン変調は、ミラーリングに対応する従来技術のスペクトル折り返しとは対照的に、周波数ドメインにおける平行移動または偏移に対応する。
【００３５】
利得Ａは、出力信号の電力を制御する。好ましい値Ａ＝２は、電力を変化させずにそのままにする。余弦関数による変調の代替案は、正弦関数および指数関数である。
【００３６】
ステップＳ４は、エイリアシングを取り除くために周波数偏移された励起信号を高域通過濾波する。
【００３７】
ＨＢ励起信号ｅＨＢは、典型的にＬＢ励起信号ｅＬＢより少ない周期的成分しか含まないので、圧縮率λに基づいて、周波数偏移されたＬＢ励起信号内のこれらの音色成分をさらに減衰することが必要である。ステップＳ５は、この圧縮率λを推定する。音色成分の量に対する指標の実施例として、修正された尖度
0005619176.tif 000008
を使用することができ、式中、
ｅ（ｌ）は、測定が実行される信号であり、
Ｌは、音声フレーム長である。
【００３８】
圧縮率λを推定する好ましい方法は、ルックアップテーブルに基づいている。ルックアップテーブルは、以下の手続によってオフラインで作成されることがある。
１）音声データベースを使って、（５）（ｅ（ｌ）がｅＬＢ（ｌ）およびｅＨＢ（ｌ）によってそれぞれ置換されている）におけるＬＢ尖度およびＨＢ尖度がフレーム単位で計算される。
２）最適圧縮率λが真のＨＢ尖度にできる限り一致するように再構成されたＨＢ励起信号を圧縮することになる圧縮率として見つけられる。
【００３９】
具体的には、好ましい実施形態では、データベース内の音声信号のＬＢ部分およびＨＢ部分に対して（５）による尖度を別々に計算する。２）では、ＨＢ部分の（５）による尖度が、今度は、データベース内の信号のＬＢ部分だけを使用し、ステップＳ１からＳ４を実行し、そして、高域通過濾波済みの周波数偏移された励起信号ｅ（ｌ）を
0005619176.tif 000009
によって定義された減衰された信号
0005619176.tif 000010
に減衰することにより再び計算され、式中、
ｌは、サンプル指数であり、
Ｃｍａｘは、最大許容励起振幅に対応する所定の定数である。
【００４０】
（５）による尖度は、異なったλの選択を用いて、減衰された信号
0005619176.tif 000011
に対して計算され、ｅＨＢ（ｌ）に基づいて正確な尖度との最良一致を与えるλの値は、ｅＬＢ（ｌ）に対する対応する尖度と関連付けられる。この手続は、以下のルックアップテーブルを作成する。
0005619176.tif 000012
【００４１】
このルックアップテーブルは、ＬＢの尖度を最適圧縮率λ≧１にマップする離散関数として理解できる。λに対して有限個の値しか存在しないので、個々の計算された尖度は、実際のテーブルルックアップの前に対応する尖度区間に属するように分類（「量子化」）されることが認められる。
【００４２】
音色成分の量に対する指標（５）の代替案は、
0005619176.tif 000013
である。
【００４３】
圧縮率λは、指標（５）が指標（７）によって置換された前述の通りの手続を用いて推定されることがある。
【００４４】
図６に戻ると、高帯域拡張を生成する方法の例示的実施形態では、ＨＢ励起信号のための最適圧縮率λは、現在音声セグメントのＬＢ尖度を照合することにより、このような予め記憶されたルックアップテーブルから取得される。ステップＳ６は、その後、推定された圧縮率λに基づいて、高域通過濾波済みの周波数偏移された励起信号を減衰する。例示的実施形態では、減衰は、（６）による。選択肢として、このタイプの圧縮は、周波数ドメインアーティファクトの導入を避けるために、高域通過濾波ステップを後に続けることができる。
【００４５】
別の選択肢として、この圧縮は、より多くの圧縮がより高い周波数に適用される周波数選択性でもよい。これは、周波数ドメイン内で励起信号を処理することによって、または、時間ドメインにおける適切な濾波によって達成することができる。
【００４６】
図７は、本発明による装置の例示的実施形態を含む励起信号帯域幅拡張器１８を示すブロック図である。この装置は、低帯域励起信号ｅＬＢを所定のサンプリング周波数ｆＳにアップサンプルするアップサンプラ２０を含む。周波数偏移推定器２２は、基本周波数Ｆ０を表わす推定された指標から、たとえば、（２）から（３）により変調周波数Ωを決定する。変調器２４は、周波数偏移された励起信号を形成するために、アップサンプルされた低帯域励起信号ｅＬＢ↑を決定された変調周波数Ωを用いて変調する。高域通過フィルタ２６は、周波数偏移された励起信号を高域通過濾波する。圧縮率推定器２８は、前述の通り、たとえば、予め記憶されたルックアップテーブルから圧縮率λを推定する。特別な実施例では、圧縮率推定器２８は、ルックアップテーブル３２に接続された修正尖度計算器３０を含む。圧縮器３４は、たとえば、（６）によって、推定された圧縮率λに基づいて、高域通過濾波済みの周波数偏移された励起信号を減衰する。帯域幅拡張器１８では、アップサンプルされたＬＢ励起信号ｅＬＢ↑は、ＨＢ励起
0005619176.tif 000014
の生成によって引き起こされた遅延を補償するためにこのＬＢ励起信号を遅延させる遅延補償器３６へさらに転送される。結果として生じる遅延したＬＢ寄与分は、帯域幅拡張された励起信号ｅを形成するために加算器３８においてＨＢ延長
0005619176.tif 000015
に加算される。選択肢として、高域通過フィルタは、周波数ドメインアーティファクトの導入を避けるために圧縮器３４と加算器３８との間に挿入されることがある。
【００４７】
図８は、本発明による方法の別の例示的実施形態を示すフローチャートである。この実施形態は、符号励起線形予測（ＣＥＬＰ）符号化、たとえば、代数符号励起線形予測（ＡＣＥＬＰ）符号化に基づいている。ＣＥＬＰ符号化では、励起信号は、固定符号帳ベクトル（ランダム成分）と適応符号帳ベクトル（周期的成分）との線形結合によって形成され、結合の係数が利得と称される。ＡＣＥＬＰでは、固定符号帳は、ベクトルの実際の「帳表」またはテーブルであることを必要としない。その代わり、固定符号帳ベクトルは、「代数」手続によって決定されたベクトル位置にパルスを配置することによって形成される。以下の説明は、ＡＣＥＬＰを参照して発明の本実施形態を説明することになる。しかし、同じ原理がＣＥＬＰのために使用されてもよいことが認められる。
【００４８】
ＡＣＥＬＰスキームでは、ＬＢ励起ベクトルは、周期的成分およびランダム成分に容易に分割されるので、
ｅＬＢ＝ＧＡＣＢ・ｕＡＣＢ＋ＧＦＣＢ・ｕＦＣＢ  （８）
これらの成分を直接的に操作し、ＨＢでの圧縮のレベルを制御するために代替的な指標を考えることができる。入力は、それぞれに、対応する利得ＧＡＣＢおよびＧＦＣＢと一体となったＬＢ適合符号帳ベクトルｕＡＣＢおよび固定符号帳ベクトルｕＦＣＢであり、さらに、（前述の通り、符号器から受信されるか、または、復号器で決定されるかのいずれかの）基本周波数Ｆ０を表わす指標である。
【００４９】
この例示的実施形態では、ステップＳ１１は、所望の出力サンプリング周波数ｆＳに一致させるためにＬＢ適応符号帳ベクトルｕＡＣＢおよび固定符号帳ベクトルｕＦＣＢをアップサンプルする。ステップＳ１２は、オーディオ信号の基本周波数Ｆ０を表わす推定された指標から変調周波数Ωを決定する。好ましい実施形態では、これは、（２）から（３）により行われる。ステップＳ１３は、周波数偏移された適応符号帳ベクトルを形成するために、残留分の音色部分を含むアップサンプルされた低帯域適応符号帳ベクトルｕＡＣＢ↑を決定された変調周波数Ωを用いて変調する。本実施形態では、雑音のような信号であるため、固定符号帳ベクトルｕＦＣＢをアップサンプルするだけで十分である。ステップＳ１４は、圧縮率λを推定する。最適圧縮率λは、図６および７を参照して説明された実施形態の場合と同様に、しかし、指標
0005619176.tif 000016
を用いてルックアップテーブルから取得されることがある。
【００５０】
別の実施例では、指標Ｋは、
0005619176.tif 000017
によって与えられる。
【００５１】
さらに別の可能性は、参考文献［２］に記載されるように、低次予測変動と高次予測変動との間の比率としてメトリック基準または指標Ｋを実施することである。本実施形態では、指標Ｋは、低次ＬＰ残留分変動と高次ＬＰ残留分変動との間の比率
0005619176.tif 000018
として定義され、式中、σ２ｅ，２およびσ２ｅ，１６は、それぞれ、２次ＬＰフィルタおよび１６次ＬＰフィルタのＬＰ残留分変動を意味する。ＬＰ残留分変動は、レビンソンダービン手続の副産物として容易に取得される。
【００５２】
圧縮の量を制御するメトリック基準または指標Ｋは、周波数ドメインで計算されることもある。メトリック基準または指標は、スペクトル平坦度、または、ある一定の閾を超える周波数成分（スペクトルピーク）の量の形をとることができる。
【００５３】
ステップＳ１５は、推定された圧縮率λに基づいて、周波数偏移された適応符号帳ベクトルとアップサンプルされた固定符号帳ベクトルｕＦＣＢ↑とを減衰する。本実施形態のための適当な減衰の実施例は、
0005619176.tif 000019
である。
【００５４】
圧縮率λが（９）に基づいてルックアップテーブルから選択される実施形態では、圧縮率は、たとえば、集合｛０．２，０．４，０．６，０．８｝に属すことがある。
【００５５】
図８におけるステップＳ１６は、減衰済みの周波数偏移された適応符号帳ベクトルと減衰済みのアップサンプルされた固定符号帳ベクトルとの高域通過濾波された合計を形成する。これは、減衰済みの周波数偏移された適応符号帳ベクトルと減衰済みのアップサンプルされた固定符号帳ベクトルとを最初に高域通過濾波し、濾波後に合計を形成するか、または、そうするのではなく、減衰済みの周波数偏移された適応符号帳ベクトルと減衰済みのアップサンプルされた固定符号帳ベクトルとの合計を最初に形成し、この合計を高域通過濾波するかのいずれかにより行われる。
【００５６】
図９は、本発明による装置の別の例示的実施形態を含む励起信号帯域幅拡張器を示すブロック図である。アップサンプラ２０は、低帯域固定符号帳ベクトルｕＦＣＢと低帯域適応符号帳ベクトルｕＡＣＢとを所定のサンプリング周波数ｆＳにアップサンプルする。周波数偏移推定器２２は、たとえば、（２）から（３）により、オーディオ信号の基本周波数Ｆ０を表わす推定された指標から変調周波数Ωを決定する。変調器２４は、周波数偏移された適応符号帳ベクトルを形成するために、決定された変調周波数Ωを用いてアップサンプルされた低帯域適応符号帳ベクトルｕＡＣＢ↑を変調する。圧縮率推定器２８は、たとえば、（９）、（１０）または（１１）に基づいてルックアップテーブルを使用して圧縮率λを推定する。圧縮器３４は、周波数偏移された適応符号帳ベクトルとアップサンプルされた固定符号帳ベクトルｕＦＣＢ↑とを推定された圧縮率に基づいて減衰する。式（１２）に基づく特別な実施例では、圧縮器３４は、周波数偏移された適応符号帳ベクトルに
0005619176.tif 000020
によって定義された適応符号帳利得を乗じ、アップサンプルされた固定符号帳ベクトルに
0005619176.tif 000021
によって定義された固定符号帳利得を乗じる。結合器４０は、減衰済みの周波数偏移された適応符号帳ベクトルと減衰済みのアップサンプルされた固定符号帳ベクトルとの高域通過濾波された合計ｅＨＢを形成する。実施例では、これは、減衰済みの周波数偏移された適応符号帳ベクトルと減衰済みのアップサンプルされた固定符号帳ベクトルとをそれぞれに高域通過フィルタ４２および４４において高域通過濾波し、濾波後に加算器４６において合計を形成することにより行われる。代替案は、減衰済みの周波数偏移された適応符号帳ベクトルを減衰済みのアップサンプルされた固定符号帳ベクトルに最初に加算し、この合計を高域通過濾波することである。
【００５７】
図９における帯域幅拡張器１８では、ＬＢ励起信号ｅＬＢは、アップサンプラ２０においてアップサンプルされる。アップサンプルされたＬＢ励起信号ｅＬＢ↑は、ＨＢ拡張ｅＨＢの生成によって引き起こされた遅延を補償するためにこの励起信号を遅延させる遅延補償器３６へ転送される。結果として生じるＬＢ寄与分は、帯域幅拡張された励起信号ｅを形成するために加算器３８においてＨＢ拡張ｅＨＢに加算される。
【００５８】
図１０は、本発明による音声復号器を含むネットワークノードの実施形態を示すブロック図である。本実施形態は、無線端末を例示するが、他のネットワークノードもまた実現可能である。たとえば、ボイスオーバーＩＰ（インターネットプロトコル）がネットワーク内で使用される場合、ノードは、コンピュータを備えることがある。
【００５９】
図１０におけるネットワークノードでは、アンテナが符号化された音声信号を受信する。復調器およびチャネル復号器５０は、この信号を音声復号器５２へ転送される低帯域音声パラメータに変換する。これらの音声パラメータから、低帯域励起信号パラメータ（たとえば、ｕＡＣＢ、ｕＦＣＢ、ＧＡＣＢ、ＧＦＣＢ）と基本周波数（Ｆ０）を表わす指標とが本発明による励起信号帯域幅拡張器１８へ転送される。フィルタパラメータａＬＢ（ｊ）を表わす音声パラメータは、フィルタパラメータ帯域幅拡張器１９へ転送される。帯域幅が拡張された励起信号とフィルタ係数ａＷＢ（ｊ）とが復号化された音声信号
0005619176.tif 000022
を生成するために全極フィルタ１４へ転送される。
【００６０】
前述されたステップ、関数、手続および／またはブロックは、汎用電子回路および特定用途向け回路の両方を含む、ディスクリート回路、または、集積回路テクノロジのような何らかの従来のテクノロジを使用してハードウェアで実施されることがある。
【００６１】
代替的に、前述されたステップ、関数、手続および／またはブロックのうちの少なくとも一部は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、および／または、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）機器といった何らかの適当なプログラマブル論理機器のような適当なプロセッシング機器による実行のためのソフトウェアで実施されることがある。
【００６２】
ネットワークの一般的なプロセッシング能力を再使用できることがさらに理解されるべきである。これは、たとえば、既存のソフトウェアを再プログラミングすること、または、新しいソフトウェアコンポーネントを追加することによって行われることがある。
【００６３】
実施例として、図１１は、本発明による音声復号器５２の例示的実施形態を示すブロック図である。本実施形態は、高帯域拡張を生成するソフトウェアコンポーネント１１０と、広帯域励起を生成するソフトウェアコンポーネント１２０と、フィルタパラメータを生成するソフトウェアコンポーネント１３０と、広帯域励起およびフィルタパラメータから音声信号を生成するソフトウェアコンポーネント１４０とを実行するプロセッサ１００、たとえば、マイクロプロセッサに基づいている。このソフトウェアは、メモリ１５０に記憶される。プロセッサ１００は、システムバスを介してメモリと通信する。低帯域音声パラメータは、プロセッサ１００およびメモリ１５０が接続されているＩ／Ｏバスを制御する入力／出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ１６０によって受信される。本実施形態では、Ｉ／Ｏコントローラ１５０によって受信された音声パラメータは、メモリ１５０に記憶され、このメモリにおいてこれらの音声パラメータは、ソフトウェアコンポーネントによって処理される。ソフトウェアコンポーネント１１０は、図７の実施形態におけるブロック２０、２２、２４、２６、２８、３４、または、図９の実施形態におけるブロック２０、２２、２４、２８、３４、４０の機能を実施することがある。ソフトウェアコンポーネント１２０は、図７の実施形態におけるブロック３６、３８、または、図９の実施形態におけるブロック２０、３６、３８の機能を実施することがある。ソフトウェアコンポーネント１１０、１２０が一緒に励起帯域幅拡張器１８の機能を実施する。フィルタパラメータ帯域幅拡張器１９の機能は、ソフトウェアコンポーネント１３０によって実施される。ソフトウェアコンポーネント１４０から取得された音声信号
0005619176.tif 000023
は、Ｉ／Ｏバスを介してＩ／Ｏコントローラ１６０によってメモリ１５０から出力される。
【００６４】
図１１の実施形態では、音声パラメータは、Ｉ／Ｏコントローラ１６０によって受信され、無線端末における復調およびチャネル復号化のような他のタスクは、受信ネットワークノード内の他の場所で取り扱われると仮定される。しかし、代替案は、メモリ１５０内のさらなるソフトウェアコンポーネントに、受信された信号から音声パラメータを抽出するデジタル信号処理の全部または一部をさらに取り扱わせる。このような実施形態では、音声パラメータは、メモリ１５０から直接的に取り出されることがある。
【００６５】
受信ネットワークノードがＩＰパケットによって音声を受信するコンピュータである場合、ＩＰパケットは、典型的に、Ｉ／Ｏコントローラ１６０へ転送され、音声パラメータは、メモリ１５０内のさらなるソフトウェアコンポーネントによって抽出される。
【００６６】
前述されたソフトウェアコンポーネントの一部または全部は、コンピュータ読み取り可能な媒体、たとえば、ＣＤ、ＤＶＤまたはハードディスク上で搬送され、プロセッサによる実行のためメモリにロードされることがある。
【００６７】
様々な変形および変更が添付された請求項によって定められる本発明の範囲から逸脱することなく本発明になされてもよいことが当業者に理解されるであろう。
【００６８】
略語
ＡＣＥＬＰ  代数符号励起線形予測
ＢＷＥ      帯域幅拡張
ＣＥＬＰ    符号励起線形予測
ＤＳＰ      デジタル信号プロセッサ
ＦＰＧＡ    フィールドプログラマブルゲートアレイ
ＨＢ        高帯域
Ｉ／Ｏ      入力／出力
ＩＰ        インターネットプロトコル
ＬＢ        低帯域
ＬＰ        線形予測
【００６９】
参考文献
［１］３ＧＰＰ  ＴＳ  ２６．１９０，”Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｍｕｌｔｉ−Ｒａｔｅ−Ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＡＭＲ−ＷＢ）  ｓｐｅｅｃｈ  ｃｏｄｅｃ；Ｔｒａｎｓｃｏｄｉｎｇ  ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ”，２００８
［２］ＩＴＵ−Ｔ  Ｒｅｃ．Ｇ．７１８，”Ｆｒａｍｅ  ｅｒｒｏｒ  ｒｏｂｕｓｔ  ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ  ａｎｄ  ｗｉｄｅｂａｎｄ  ｅｍｂｅｄｄｅｄ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ｂｉｔ−ｒａｔｅ  ｃｏｄｉｎｇ  ｏｆ  ｓｐｅｅｃｈ  ａｎｄ  ａｕｄｉｏ  ｆｒｏｍ  ８−３２  ｋｂｉｔ／ｓ”，２００８
［３］ＩＴＵ−Ｔ  Ｒｅｃ．Ｇ．７２９．１，”Ｇ．７２９−ｂａｓｅｄ  ｅｍｂｅｄｄｅｄ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ｂｉｔ−ｒａｔｅ  ｃｏｄｅｒ：  Ａｎ  ８−３２  ｋｂｉｔ／ｓ  ｓｃａｌａｂｌｅ  ｗｉｄｅｂａｎｄ  ｃｏｄｅｒ  ｂｉｔｓｔｒｅａｍ  ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｌｅ  ｗｉｔｈ  Ｇ．７２９”，２００６
【図１】
0005619176.tif 000036
【図２】
0005619176.tif 000037
【図３】
0005619176.tif 000038
【図４】
0005619176.tif 000039
【図５Ａ】
0005619176.tif 000040
【図５Ｂ】
0005619176.tif 000041
【図５Ｃ】
0005619176.tif 000042
【図６】
0005619176.tif 000043
【図７】
0005619176.tif 000044
【図８】
0005619176.tif 000045
【図９】
0005619176.tif 000046
【図１０】
0005619176.tif 000047
【図１１】
0005619176.tif 000048